Prima di iniziare a leggere la strana tematica che vi offriamo oggi, bisogna prima parlare di un paio di concetti biologici fondamentali.

QUIESCENZA (dormancy): la quiescenza è uno stato che caratterizza qualunque tipo di organismo che “cade” in uno stato di bassissima attività metabolica. In generale questa fase coincide con un periodo di stress ambientale che può corrispondere ad una scarsità di risorse idriche e/o alimentari (spesso collegato a temperature troppo alte o troppo basse).

Alcuni degli stadi di quiescenza più famosi sono il LETARGO (hibernation) e l’ESTIVAZIONE (estivation).

Fig. 1: Moscardino, un animale che va in letargo

Il letargo è uno stato di “ibernazione” che attuano alcuni mammiferi, rettili e anfibi (per quest’ultimi due, in inglese si distingue con il termine “brumation”, ovvero, brumazione). Il letargo per gli organismi omeotermi (i vecchi cari animali “a sangue caldo” di cui Zoosparkle parla qui: https://www.youtube.com/watch?v=dZEOpa-gOk8) è caratterizzato non solo da una riduzione dell’attività cardiaca e respiratoria come negli animali pecilotermi (“a sangue freddo”) ma anche da un drastico abbassamento dell’attività metabolica.

Anche per molti invertebrati o in microrganismi è comune trovare strategie evolutive che aggirano il problema della stagionalità del clima e, quindi, gli stress ambientali. Molti insetti passano l’inverno sotto la forma di uova resistenti o come larve nel suolo o all’interno di tronchi (ci sarebbe molto altro da dire). Alcuni microrganismi acquatici trascorrono il proprio stato di quiescenza sotto forma di cisti (alcuni procarioti) o uova (protozoi) o spore (alghe).

Ora che abbiamo parlato di alcuni degli aspetti più biologici circa le varie strategie di quiescenza, iniziamo a vedere qualche aspetto più pratico e d’interesse per il futuro dell’uomo.

LA CRIOCONSERVAZIONE (cryo-conservation).

Conoscenze attuali e prospettive future.

Uno dei più famosi limiti per il congelamento e la conservazione delle cellule e tessuti è la formazione di cristalli d’acqua al loro interno che distruggono o danneggiano irreversibilmente le membrane biologiche!

In natura sono stati osservati diversi animali che letteralmente si ibernano tra i ghiacci in formazione e si scongelano con essi in primavera! Sto parlando del caso della salamandra (Hynobius keyserlingi, genere endemico dell’Asia orientale) o di alcune rane come Rana sylvatica (in foto) o specie del genere Hyla, di alcune tartarughe del Nord America o ancora serpenti e lucertole.

Fig. 2: Wood frog, tra gli animali più studiati nel campo della fisiologia dell’ibernazione.

Come stratagemma fisiologico per evitare danni alle cellule e tessuti c’è l’accumulo di crioprotettori, ovvero, molecole organiche non tossiche per l’organismo e facilmente permeabili nelle membrane biologiche. Il meccanismo chimico-fisico di un crioprotettore si basa su un principio molto semplice: aumentando la concentrazione di soluti nelle soluzioni acquose, aumenta la temperatura di congelamento (proprio come il liquido refrigerante utilizzato per le macchine). Ciò permette agli animali di resistere a temperature inferiori allo zero. Tra i più comuni crioprotettori in natura abbiamo: glucosio, glicerolo e polialcoli (soprattutto negli insetti).

Come ci riescono?

Anche io sto rosicando per i loro “super-poteri” che io chiamerei più “regali dell’evoluzione”. Tuttavia, le temperature che noi vogliamo conquistare con la tecnologia molto più estreme se paragonate a quelle degli ambienti freddi che devono sfidare alcune delle creature sopra citate!

Ma perché l’uomo, negli ultimi decenni, si è interessato particolarmente questo fenomeno biologico?

Cosa siamo in grado di fare ad oggi?

Attualmente siamo molto bravi a conservare colture cellulari, tessuti e alcuni organi a temperature differenti (1. a -80°C con anidride carbonica liquida; 2. a -196°C mediante azoto liquido; 3. a -136°C con soluzioni acquose e polialcooli). La velocità di raffreddamento, le temperature utilizzate e le diverse (e spesso più complicate) soluzioni crioprotettrici cambiano a seconda del tessuto o della cellula poiché possono avere una diversa permeabilità di membrana. Di diverso può esserci anche la velocità con cui l’acqua esce verso l’esterno attirata dalla concentrazione maggiore di soluti (i crioprotettori) prima che ghiacci al loro interno.

Perché vogliamo ibernare cellule, tessuti e organi?

Beh, se foste un medico direste: “tramite le moderne tecniche di crioconservazione possiamo preservare alcuni organi per futuri trapianti, gameti maschili o femminili o addirittura embrioni da trapiantare a donne infeconde (con tanto di record di gravidanze con utilizzo di embrioni conservati da 16 anni).”

Se foste un microbiologo o un ricercatore che studia una qualche patologia del cervello, o un altro organo, direste che vi è utile per conservare campioni fino al momento del loro utilizzo nella ricerca senza dover utilizzare cavie animali (per gli organi vedi le Biobanche, link tra le fonti).

Invece, se foste un riccone in procinto di lasciarci le penne che si può permettere di spendere qualche centinaio di migliaia di euro, beh, sarete contenti nel sapere che esistono aziende private che vi inseriranno in un freezer Hi-tech sperando che prima o poi riusciranno a riportarvi in vita in un nuovo e meraviglioso futuro, forse… Ed è per questo che questa applicazione, ovvero, la CRIONICA non è attualmente considerabile scienza in tutto e per tutto!

Come riporta un articolo di Focus “Una volta che la persona è dichiarata clinicamente e legalmente morta, inizia il processo per la crioconservazione: il corpo viene raffreddato con ghiaccio, si ristabilisce la circolazione sanguigna, e si somministrano farmaci per rallentare il deterioramento dei tessuti, poi il sangue viene drenato e rimpiazzato con soluzioni crioprotettive, in sostanza antigelo simili a quelli usati nei motori, e infine il corpo congelato a –196 °C e conservato in cilindri pieni di azoto liquido.”

Invece, per quanto riguarda l’ibernazione di un intero essere umano VIVO, ci si addentra ancora più nella fantascienza dato che non sappiamo in alcun modo come reagirebbe il corpo. Anzi, sappiamo che attualmente non andrebbe a buon fine perché di certo non si può prosciugare di tutta l’acqua un corpo per metterlo a -196°C!!

Ma esistono numerosi team di ricerca che stanno lavorando a questo problema e magari i vostri nipoti andranno a visitare Marte facendosi un bel sonnellino nello spazio! Essenzialmente la sfida sta nel cercare la combinazione perfetta tra sostanze crioprotettrici, temperatura giusta e tecnologia che ne regoli il tutto con MENO INVASIVITA’ POSSIBILE!

Come in ogni cosa, la scienza avanza passo passo e, per ora, ci dobbiamo accontentare dei continui traguardi sugli organi animali!

Vi ha fatto piacere conoscere questo lato oscuro della biologia? Fateci sapere cosa ne pensate e se avete perplessità, sparate pure!

[Matteo]

Fonti:

https://en.wikipedia.org/wiki/Dormancy

https://it.wikipedia.org/wiki/Ibernazione

https://en.wikipedia.org/wiki/Biobank

https://en.wikipedia.org/wiki/Cryopreservation#History

https://en.wikipedia.org/wiki/Cryoprotectant

PhotoCredit:

[1] https://www.focus.it/ambiente/animali/che-cosa-sveglia-gli-animali-dal-letargo

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Wood_frog